Ομάδα επιστημόνων υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου του Λανζού της Κίνας και του κινεζικού κατασκευαστή ηλιακών μονάδων Longi σχεδίασε ένα ετεροεπαφικό ηλιακό κύτταρο πυριτίου βασισμένο σε στρώμα μεταφοράς οπών που χρησιμοποιεί ένα λειτουργικό δισδιάστατο καρβίδιο τιτανίου γνωστό ως Ti3C2Tx ή MXene.
Οι ενώσεις MXene παίρνουν το όνομά τους από τη μορφολογία τους και κατασκευάζονται μέσω επιλεκτικής χάραξης ορισμένων ατομικών στρώσεων από έναν κρυσταλλικό όγκο γνωστό ως MAX. Πρόσφατα, τα υλικά MXene έχουν δείξει ότι είναι πολλά υποσχόμενα για χρήση στην τεχνολογία φωτοβολταϊκών λόγω των μοναδικών οπτοηλεκτρονικών ιδιοτήτων τους, όπως η μεγάλη κινητικότητα φορέων φορτίου, η εξαιρετική μεταλλική αγωγιμότητα και η υψηλή οπτική διαπερατότητα.
Επιπλέον, αυτά τα συστατικά έχουν πιο ρυθμιζόμενη λειτουργία εργασίας (WF) από τα μεταλλικά οξείδια και τα ανθρακικά υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως για την ελαχιστοποίηση της παρασιτικής απορρόφησης του φωτός μικρού μήκους κύματος σε ετεροεπαφικά κύτταρα. “Τα MXene έχουν πιο εύκολα ρυθμιζόμενη WF λόγω των άφθονων επιφανειακών τους ομάδων τερματισμού και είναι πιο σταθερά από τα οργανικά υλικά που σχετίζονται με PEDOT:PSS,” δήλωσε ο συγγραφέας της έρευνας, Junshuai Li, στο περιοδικό pv .
Οι ερευνητές ορίζουν το ηλιακό κύτταρο ως μια συσκευή "ετεροεπαφής", καθώς κατασκευάστηκε με την επίστρωση Ti3C2Tx στην πίσω πλευρά ενός μονοκρυσταλλικού δίσκου πυριτίου τύπου n με πάχος 200 μm. Στη συνέχεια επεξεργάστηκαν την ένωση με χλωριούχο χαλκό (CuCl2). “Το διάλυμα αιθανόλης CuCl2 (10 mg mL-1) των 60 μL επικαλύφθηκε με περιστροφή πάνω στην ταινία MXene και στη συνέχεια ανυψώθηκε στους 60°C για 10 λεπτά,” εξήγησαν οι επιστήμονες. “Λόγω του επιφανειακού διπολικού αποτελέσματος, η ηλεκτρονική δομή του MXene μπορεί να ρυθμιστεί μέσω του εμπλουτισμού των συγκεκριμένων επιφανειακών τερματισμών, που έχει ως αποτέλεσμα τη μετατόπιση του επιπέδου Fermi και την ανακατανομή των ηλεκτρονίων, οδηγώντας συνεπώς στην αλλαγή της WF.”
Το πειραματικό κύτταρο κατασκευάστηκε με ηλεκτρόδιο από ασήμι (Ag), στρώση μεταφοράς ηλεκτρονίων από οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO), απορροφητή πυριτίου, τη στρώση μεταφοράς οπών MXene (HTL) και άλλο επαφή Ag. “Το ηλεκτρόδιο Ag με WF 4.26 eV είναι συμβατό με τη στρώση ZnO για αποτελεσματική συλλογή ηλεκτρονίων. Επιπλέον, η στρώση ZnO λειτουργεί ως αντιανακλαστική,” διευκρίνισαν οι επιστήμονες. “Όταν έρχεται σε επαφή με τη στρώση MXene, τα ηλεκτρόνια στο n-Si ρέουν στο MXene λόγω της διαφοράς στα επίπεδα Fermi μεταξύ τους.”
Δοκιμασμένο υπό κανονικές συνθήκες φωτισμού, η συσκευή έδειξε απόδοση μετατροπής ισχύος 12,2%, ανοιχτό κύκλωμα τάσης 0.615 V, πυκνότητα ρεύματος βραχυκυκλώματος 30.75 mA/cm2 και παράγοντα πλήρωσης 64.57%. “Υπάρχει άφθονος χώρος για βελτίωση,” δήλωσε ο Li, αναφερόμενος σε αυτά τα στοιχεία. “Η βελτίωση της επαφής μεταξύ n-Si και MXene είναι ένα κρίσιμο μέρος για εξερεύνηση.” Το κύτταρο βρέθηκε επίσης να διατηρεί περίπου το 86% της αρχικής του απόδοσης μετά από έκθεση 105 ημερών στο περιβάλλον.
